第十二章零件的选材及工艺路线

机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。

机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。

1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。

2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。

一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。

（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。

②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。

如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。

（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。

﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。

﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。

2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。

习题十一典型零件的选材料与加工1、什么是失效? 零件有哪几种不同程度的失效?2、零件的三种基本的失效方式是什么? 各表现出什么特点?3、什么是过量弹性变形失效? 什么是过量塑性变形失效? 怎么预防?4、零件在高温下的失效与疲劳载荷及室温静载作用下的失效有什么异同?5、选择下列具体的失效形式所属的失效类型：弹性失稳属于的失效，热疲劳属于的失效，接触疲劳属于的失效，应力腐蚀属于的失效，蠕变属于的失效。

(变形类型，断裂类型，表面损伤类型)6、简述引起零件失效的原因。

7、“某工厂某年发生一汽轮机叶片飞出的严重事故。

该汽轮机由多段转子组成。

检查发现，飞出叶片转子的槽发生了明显的变形，而未飞出叶片的转子的槽没有变形。

因此可以断定，失效转子的钢材用错了。

”，这一说法正确吗? 为什么?8、某化肥厂由国外进口30万t氨合成塔，在吊装时吊耳与塔体连接的12个螺栓全部突然断裂。

经化验，螺栓材料为与热轧20钢相近的碳钢，强度不高。

引起这一事故的原因可能是中的不当，失效形式属于。

(设汁，加工，选材，安装使用；塑性断裂，脆性断裂，疲劳断裂，蠕变断裂)9、下图为W18Cr4V钢制的螺母冲头，使用中从A处断裂。

经检查不存在材料和热处理方面的问题，请分析引起失效的原因，应作什么改进?10、一轴尺寸为30mm×200mm，要求摩擦部分表面硬度为50～55HRC。

现用30钢制作，采用高频感应加热表面淬火(水冷)和低温回火处理。

但在使用过程中发现摩擦部分严重磨损，试分析失效原因并提出解决问题的方法。

11、某工厂用T10钢制造钻头，给一批铸件打10mm的深孔，但打几个孔后钻头即很快磨损。

据检验，钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格。

问失效原因和解决问题的方案。

12、进行失效分析时常用的试验方法有哪些? 其主要目的是什么?13、设计人员在选材时应考虑什么原则? 如何才能做到合理选材?14、写出下列符号所代表的力学性能指标的名称：σb σsδψαK HB KICσ1E 。

课程名称：材料加工和成型工艺课程代码：00699第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点《材料加工及成型工艺》是一门研究制造机器零件选材及毛坯成形方法的综合性技术学科。

它是高等学校机械类专业一门重要的技术基础课。

二、课程目标与基本要求本课程的目标是：通过本课程的学习，使学生获得常用工程材料及成形工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成形工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并为学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。

本课程基本要求如下：1、理解必需的材料科学及有关成形技术的理论基础；建立对材料成分、结构组织、加工使用、性能行为之间关系及规律的认识。

2、熟识各类常用结构工程材料的成分、结构、性能、应用特点及牌号的表示方法；识记各类结构工程材料的强化、改性及表面技术的知识。

3、熟识常用成形工艺方法的工艺特点及应用范围；基本掌握机械设计中对零件结构工艺性的要求。

4、掌握选择零件材料及成形工艺的基本原则和方法步骤，初步具备合理选择材料、成形工艺（毛坯类型）及强化（或改性、表面技术应用等）方法并正确安排工艺路线（工序位置）的能力。

三、本课程与本专业其他课程的关系学习本课程前，考生应具有机械制图、力学等基础知识，课前或课中应进行金工实习或金工参观实践，以便考生更好地掌握本课程的基础知识。

第二部分考核内容与考核目标第一章材料的力学行为和性能一、学习目的与要求通过本章的学习，理解结构工程材料在载荷作用下的力学行为，识记在不同的服役条件下的失效形式；熟识各种力学性能指标的含义及其测试方法。

二、考核知识点与考核目标（一）重点识记：弹性变形、塑性变形、应力、应变、冲击韧性与疲劳强度的概念，。

理解：抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率概念。

应用：各种硬度的测试方法及其应用范围、断后伸长率及断面收缩率的计算。

（二）次重点识记：材料的高温力学性能、材料的低温力学性能的概念。

第十一章提高劳动生产力的途径第十二章典型零件的车削工艺分析一、名词解释：1、基本时间：2、时间定额：3、工艺规程：4、基准：5、精基准：6、粗基准：二、填空题：1、缩短基本时间的方法有、、。

2、时间定额是用时间、时间、时间组成的。

3、提高劳动生产率，必须缩短时间、时间、时间以及时间。

4、对所有表面都要加工的零件，应该根据余量表面找正。

5、调质的目的是。

6、为使工件获得较好的等方面的综合机械性能，对材料要进行热处理。

7、退火、正火工序一般安排在之前进行，调质工序一般安排在之后、之前进行。

8、工艺路线划分阶段的主要目的是、、、。

9、预备热处理有、、。

10、工艺基准又分为基准、基准、基准等几种。

11、基准可分为基准和基准。

12、选择精基准时应尽量使和重合。

13、调质处理一般安排在加工之后、加工之前。

三、判断题：1、采用多刃切削是缩短辅助时间、提高劳动生产率的有效途径。

（）2、要缩短基本时间、提高劳动生产率，只要设法提高切削用量，就可以达到目的。

（）3、增大进给量可以减少走刀次数，从而缩短基本时间。

（）4、去碳层一定要在淬火前进行。

（）5、粗基准因牢固可靠，故可多次使用。

（）6、零件上凡已加工过的表面就是精基准。

（）7、退火和正火工序一般安排在粗加工之后进行。

（）8、精基准应选不加工表面。

（）9、调质处理一般安排在粗加工之后、半精加工之前进行。

（）四、选择题：1、旋风切削螺纹适用于生产。

A、单件B、大量C、成批2、调质适用于处理材料。

A、低碳钢B、中碳钢C、高碳钢3、在粗加工之后、半精加工之前进行的热处理工序是。

A、淬火B、调质C、正火D、退火4、为了使工件材料获得较好的强度，塑性和韧性等方面的综合性质，对材料要进行处理。

A、淬火B、正火C、调质D、退火五、简答题：1、缩短基本时间的方法有那些？2、缩短辅助时间的方法有那些？3、简述精基准的选择原则？4、什么叫精基准？5、粗基准的选择原则？7、工艺路线划分阶段的主要目的是什么？7、粗基准应根据哪些原则来选择？。

轴类零件选材及工艺分析在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。

轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。

要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。

实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。

下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。

（一）机床主轴在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：<1> 受力的大小。

不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。

<2> 轴承类型。

如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。

<3> 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。

结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。

主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。

因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。

1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。

该主轴的工作条件如下：①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；③花健部分经常有磕或相对滑动。

总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。

由此确定热处理技术条件如下：①整体调质后硬度应为HB200~230，金相组织为回火索氏体；②内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45~50，表面3~5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；③花键部分的硬度为HRC48~53，金相组同上。